(57)【要約】【課題】基板の各部により均一に処理ガスを供給することができ、均一な処理を行うことのできるプラズマ処理装置及びその処理ガス供給構造を提供する。【解決手段】高周波アンテナに高周波電力を印加することにより処理室内に誘導プラズマを励起して、処理室内の載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、載置台と対向するように、処理室の天井部に配設された天板と、処理室内の載置台と天板との間の空間に、処理室の側壁側から処理室の中央側に突出するよう配設され、少なくとも天板に向けて処理ガスを噴出させる複数のガス噴出孔を有する複数のガスノズルと、を具備したことを特徴とする。【選択図】図１
2013030608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波アンテナに高周波電力を印加することにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処理室内の載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記載置台と対向するように、前記処理室の天井部に配設された天板と、
前記処理室内の前記載置台と前記天板との間の空間に、前記処理室の側壁側から前記処理室の中央側に突出するよう配設され、少なくとも前記天板に向けて処理ガスを噴出させる複数のガス噴出孔を有する複数のガスノズルと、
を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理装置であって、
前記ガスノズルの少なくとも１つは、突出方向に沿って往復運動させる駆動機構を具備した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のプラズマ処理装置であって、
複数の前記ガスノズルは、第１ガスノズルと、
突出方向に沿った長さが前記第１ガスノズルより短い第２ガスノズルとの少なくとも２種配設されている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマ処理装置であって、
前記往復運動は、前記第１ガスノズルと、前記第２ガスノズルとで交互に行う
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項３記載のプラズマ処理装置であって、
前記往復運動は、前記第１ガスノズルと、前記第２ガスノズルとで同時に行う
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項３〜５いずれか１項記載のプラズマ処理装置であって、
突出方向に沿った長さが前記第２ガスノズルより短い第３ガスノズルをさらに具備する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
処理室の天井部に配設された天板の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を印加することにより、前記処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処理室内に前記天板と対向するように配設された載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の処理ガス供給構造であって、
前記処理室内の前記載置台と前記天板との間の空間に、前記処理室の側壁側から前記処理室の中央側に突出するよう配設され、少なくとも前記天板に向けて処理ガスを噴出させる複数のガス噴出孔を有する複数のガスノズルと、
前記ガスノズルを突出方向に沿って往復運動させる駆動機構と、
を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置の処理ガス供給構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及びその処理ガス供給構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造分野等においては、半導体ウエハ等の基板に、成膜処理やエッチング処理等の処理を行う装置として、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いるプラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
ＩＣＰを用いたプラズマ処理装置の処理ガス供給構造としては、例えば、処理室の内部に配置され複数のノズルから基板に向けてガスを供給するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０００−５１４１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、半導体ウエハ等の基板は大径化される傾向にあり、この大径化された基板の各部に均一に処理ガスを供給して、均一な処理を行うことが求められている。本発明は、このような従来の事情に対処してなされたもので、基板の各部により均一に処理ガスを供給することができ、均一な処理を行うことのできるプラズマ処理装置及びその処理ガス供給構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプラズマ処理装置の一態様は、高周波アンテナに高周波電力を印加することにより処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処理室内の載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記載置台と対向するように、前記処理室の天井部に配設された天板と、前記処理室内の前記載置台と前記天板との間の空間に、前記処理室の側壁側から前記処理室の中央側に突出するよう配設され、少なくとも前記天板に向けて処理ガスを噴出させる複数のガス噴出孔を有する複数のガスノズルと、を具備したことを特徴とする。
【０００７】
本発明のプラズマ処理装置の処理ガス供給構造の一態様は、処理室の天井部に配設された天板の外側に設けられた高周波アンテナに高周波電力を印加することにより、前記処理室内に誘導プラズマを励起して、前記処理室内に前記天板と対向するように配設された載置台に載置された基板に対して所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置の処理ガス供給構造であって、前記処理室内の前記載置台と前記天板との間の空間に、前記処理室の側壁側から前記処理室の中央側に突出するよう配設され、少なくとも前記天板に向けて処理ガスを噴出させる複数のガス噴出孔を有する複数のガスノズルと、前記ガスノズルを突出方向に沿って往復運動させる駆動機構と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板の各部により均一に処理ガスを供給することができ、均一な処理を行うことのできるプラズマ処理装置及びその処理ガス供給構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態のプラズマエッチング装置の縦断面構成を示す図。
【図２】図１のプラズマエッチング装置の上面構成を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態のプラズマエッチング装置の上面構成を示す図。
【図４】ガスノズルの変形例を示す図。
【図５】ガスノズルの変形例を示す図。
【図６】本発明の第３実施形態のプラズマエッチング装置の縦断面構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置としてのプラズマエッチング装置１００の縦断面概略構成を模式的に示す図である。同図に示すように、プラズマエッチング装置１００は、導電性材料、例えば表面を陽極酸化処理されたアルミニウム等から構成され、内部を気密に閉塞可能とされた円筒容器状の処理チャンバー１を具備している。
【００１２】
処理チャンバー１の上部には、開口が形成されており、この開口を気密に閉塞するように、天板２が配設されている。この天板２は、少なくともその一部が石英等の誘電体からなり、誘電体窓を構成している。
【００１３】
天板２の上部には、所定形状、例えば円環状とされた高周波アンテナ５が配設されている。この高周波アンテナ５は、所定周波数の高周波電力を供給する高周波電源６に接続されている。
【００１４】
プラズマ処理中は、高周波電源６からプラズマ生成用の所定周波数の高周波電力、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力が高周波アンテナ５へ供給される。高周波アンテナ５に高周波電力が供給されることによって、天板２の誘電体窓を介して処理チャンバー１内に誘導電磁界が形成され、この誘導電磁界により、処理チャンバー１内に供給された処理ガスがプラズマ化される。
【００１５】
処理チャンバー１の内部には、天板２と対向するように、載置台（サセプタ）８が配設されている。この載置台８は、その上側の載置面に、プラズマ処理を行う基板、例えば半導体ウエハＷを載置するためのものである。載置台８には、所定周波数、例えば３８０ＫＨｚのバイアスを印加するためのバイアス用高周波電源９が接続されている。このバイアス用高周波電源９は、処理チャンバー１内で励起されたプラズマ中のイオンを効果的に半導体ウエハＷに引込むために使用される。また、載置台８には、半導体ウエハＷを固定するための図示しない静電チャック、半導体ウエハＷを所定温度に調整するための図示しない温度調整機構等が配設されている。
【００１６】
処理チャンバー１内の載置台８の上側部分は、ここでプラズマを発生させて半導体ウエハＷの処理を行う処理空間１０とされている。一方、載置台８の周囲には、環状の排気空間１１が形成されている。この排気空間１１は、処理チャンバー１の底部に設けられた排気口を介して真空ポンプ等の排気機構（図示せず。）に接続されている。そして、この排気機構によって排気を行うことにより、処理チャンバー１内を所定の真空度に維持することができるようになっている。
【００１７】
図１、図２に示すように、処理チャンバー１の側壁部には、処理チャンバー１内の載置台８に載置された半導体ウエハＷの上方に位置する処理空間１０に、処理チャンバー１の側壁部から処理チャンバー１の中心に向くように突出するガスノズル２０，２１が複数配設されている。図２に示すように、ガスノズル２０，２１は、載置台８に載置された半導体ウエハＷの周囲を囲むように均等に、すなわち、周方向に沿って等間隔で配置されている。なお、ガスノズル２０より、ガスノズル２１の方が、突出方向に沿った長さが短くなっている。また、本実施形態では、ガスノズル２０、ガスノズル２１が、夫々４つずつ、合計８つ配設されているが、ガスノズル２０、ガスノズル２１の数は、８つに限らず幾つであってもよい。
【００１８】
ガスノズル２０及びガスノズル２１は、有底円筒状に形成されており、その側壁部の上側には、複数のガス噴出孔２３が配設されている。図２に示すように、長さの長いガスノズル２０には、等間隔で３つのガス噴出孔２３が配設されている。また、長さの短いガスノズル２１には、２つのガス噴出孔２３が配設されている。これらのガス噴出孔２３の数についても、図１，２に示す例に限定されるものではなく、幾つとしてもよい。
【００１９】
ガスノズル２０及びガスノズル２１は、例えば石英管等の管状部材から構成されており、この石英管等の管状部材の直径は、例えば数ミリから十数ミリ程度とされている。また、各ガス噴出孔２３は、直径が例えば０．１ミリから数ミリ程度とされている。
【００２０】
ガスノズル２０及びガスノズル２１の後端部は、図示しないガス供給機構に接続されており、図中矢印で示すように、後端側から所定の処理ガス（例えば、エッチングガス）が供給されるようになっている。また、ガスノズル２０及びガスノズル２１の後端側から供給された処理ガスは、各ガス噴出孔２３から、天板２に向けて噴出され、天板２に衝突した後、拡散し下方に向けて下降する処理ガスの流れを形成するようになっている。
【００２１】
上記のように、本実施形態では、ガスノズル２０及びガスノズル２１の各ガス噴出孔２３から天板２に向けて処理ガスを噴出させる。これによって、天板２に衝突し、四方に拡散しながら下方に向けて下降する処理ガスの流れを形成することができ、処理ガスを均一に分散させた状態で、かつ、十分に撹拌された状態で、載置台８上に載置された半導体ウエハＷに供給することができる。
【００２２】
また、一旦天板２に処理ガスを噴出させることによって、処理ガスの流れによって天板２に付着物が付着することを防止することができる。さらに、一旦天板２に処理ガスを噴出させることによって、天板２の温度変化（温度上昇）を抑制することができ、プロセスの安定性を向上させることができる。
【００２３】
次に、上記構成のプラズマエッチング装置１００を用いて、半導体ウエハＷに対してプラズマエッチング処理を施す場合について説明する。
【００２４】
まず、図示しないゲートバルブ等の開閉機構を開けて搬送機構により半導体ウエハＷを処理チャンバー１内に搬入し、載置台８に載置する。次に、図示しない排気機構によって処理チャンバー１内の排気空間１１から排気を行うとともに、ガスノズル２０，２１から天板２に向けて所定の処理ガス（エッチングガス）を噴出し、処理空間１０内を均一に分散した処理ガスの雰囲気とし、かつ、所定の圧力雰囲気に維持する。
【００２５】
次に、高周波電源６から所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の高周波電力を高周波アンテナ５に印加することにより、天板２の誘電体窓を介して処理空間１０内に誘導電磁界を形成する。かかる誘導電磁界により、処理空間１０内で処理ガスがプラズマ化され、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このようにして生成されたプラズマ中のイオンは、バイアス用高周波電源９から載置台８に対して印加されるバイアス用高周波電力によって、半導体ウエハＷに効果的に引込まれ、半導体ウエハＷに対してプラズマエッチング処理が施される。このプラズマエッチング処理においては、ガスノズル２０，２１によって均一に処理ガスを分散させることができるので、均一なプラズマによって均一なプラズマエッチングを行うことができる。
【００２６】
プラズマエッチング処理が終了すると、高周波電源の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは反対の手順で半導体ウエハＷが処理チャンバー１内から搬出される。
【００２７】
次に、図３を参照して第２実施形態に係るプラズマエッチング装置２００について説明する。このプラズマエッチング装置２００では、ガスノズル２０、ガスノズル２１に加えて、ガスノズル２１より更に突出方向に沿った長さが短いガスノズル２２を８つ配設したものである。なお、他の部分については、前述した第１実施形態のプラズマエッチング装置１００と同様に構成されているので、対応する部分には同一の符号を付して重複した説明は省略する。このプラズマエッチング装置２００のように、ガスノズルの種類は３種或いは４種以上としてもよい。
【００２８】
また、ガスノズル２０、ガスノズル２１、ガスノズル２２に配設されたガス噴出孔２３は、天板２の方向に、真上に向かって処理ガスを噴出させるガス噴出孔２３に加えて、図４に示すように、斜め上方に向けて処理ガスを噴出させるガス噴出孔２３を設けてもよい。さらに、図５に示すように、天板２の方向に、真上に向かって処理ガスを噴出させるガス噴出孔２３に加えて、半導体ウエハＷの方向に、下方に向けて処理ガスを噴出させるガス噴出孔２３を設けてもよい。
【００２９】
図６は、第３実施形態に係るプラズマエッチング装置３００の構成を示すもので、このプラズマエッチング装置３００は、ガスノズル２０及びガスノズル２１（図６には、ガスノズル２０のみ図示。）を突出方向に沿って水平に往復運動可能としたものである。
【００３０】
すなわち、ガスノズル２０及びガスノズル２１は、その後端が処理チャンバー１の外側にまで延在するように配設され、その後端部に駆動機構３０からの駆動力が伝達されるようになっている。また、ガスノズル２０及びガスノズル２１は、リニアガイド３１を介して処理チャンバー１の側壁部に係止されており、処理チャンバー１との間には、真空を保持するための真空シール機構３２、例えば、Ｏリング、磁性流体シール、ベローズ等が配設されている。
【００３１】
そして、図６中矢印で示すように、駆動機構３０によって、ガスノズル２０及びガスノズル２１を、その突出方向に沿って、水平に往復運動させることができるようになっている。これによって、ガスノズル２０及びガスノズル２１による処理ガスの噴出位置を移動させ、処理チャンバー１内の処理空間１０における処理ガスの分散状態を、より均一化することができる。
【００３２】
この場合、ガスノズル２０及びガスノズル２１の往復運動は、例えば、対向するガスノズル２０及びガスノズル２１が同じ方向（一方が突出する方向で他方が引っ込む方向）に移動するようにしても、異なる方向（両方が突出する方向、及び、両方が引っ込む方向）に移動するようにしてもよい。また、全てのガスノズル２０及びガスノズル２１を移動させるのではなく、一部のガスノズル２０及びガスノズル２１を移動させるようにしてもよい。さらに、例えば、ガスノズル２０とガスノズル２１を交互に往復運動させても、同時に往復運動させてもよい。
【００３３】
また、ガスノズル２０及びガスノズル２１の往復運動のストロークは、例えば、ガスノズル２０及びガスノズル２１の最も根元側のガス噴出孔２３が処理チャンバー１の側壁近傍に位置する部位から、最も先端側のガス噴出孔２３が処理チャンバー１の中心近傍に位置する部位までとすることが好ましい。
【００３４】
なお、他の部分については、前述した第１実施形態のプラズマエッチング装置１００と同様に構成されているので、対応する部分には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
【００３５】
上記構成の第３実施形態のプラズマエッチング装置３００では、第１実施形態のプラズマエッチング装置１００と同様な作用、効果を得ることができる。これとともに、駆動機構３０によってガスノズル２０及びガスノズル２１による処理ガスの噴出位置を移動させながら、処理ガスを噴出させることにより、処理チャンバー１内の処理空間１０における処理ガスの分散状態を、より均一化することができ、より均一なエッチング処理を施すことができる。
【００３６】
以上、本発明を第１乃至第３実施形態について説明したが、本発明はこれらの第１乃至第３実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３７】
１……処理チャンバー、２……天板、５……高周波アンテナ、６……高周波電源、８……載置台、９……バイアス用高周波電源、１０……処理空間、２０，２１，２２……ガスノズル、２３……ガス噴出孔、３０……駆動機構、３１……リニアガイド、３２……真空シール機構、１００，２００，３００……プラズマエッチング装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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